Ученые попытались выяснить каким образом растения учатся синтезировать новые вещества. Это важнейшая способность, ведь таким образом они могут эффективно взаимодействовать со средой: например, яды позволяют защищаться от вредителей, а нектар и пигменты, наоборот, помогают привлечь опылителей.

Исследователи из Университета в Буффало решили изучить, как именно растения обрели способность синтезировать разнообразные химические вещества. В качестве подопытного растения была использована Гардения жасминовидная (Gardenia jasminoides) – вечнозеленое тропическое растение. Гардения, как и шафран, производит соединение кроцин, которое обладает антиоксидантными свойствами и используется в медицине.

В ходе исследования ученые расшифровали геном гардении, чтобы идентифицировать гены, участвующие в синтезе кроцина. Однако, наблюдения показали, что дело не только в отдельных участках генома, но и в процессах, происходящих с генетической информацией. В частности, они отметили важность тандем-дупликаций. Это тип генетических перестроек, при которых отдельный сегмент хромосомы удваивается, и «копия» участка располагается непосредственно за «оригиналом». Может показаться, что простое копирование информации не способно привнести ничего нового, но на самом деле все как раз наоборот.

Кофе конголезский известный нам как «робуста» лишь в ходе эволюции научился синтезировать кофеин. Он более неприхотлив и щедр на урожаи, чем Арабика.

Как объясняют исследователи, тандем-дупликации дают растению возможность для развития новых способностей. В то время как исходный участок хромосомы остается на месте и продолжает выполнять свои функции, его копия со временем может мутировать, придавая растению новые свойства. По мнению ученых, именно такое удвоение части ДНК позволило гардении выработать ген, необходимый для производства кроцина.

К слову, это не единственный случай, когда хромосомные перестройки давали растению способность синтезировать новые вещества. Кофе конголезский, более известный как робуста, «научился» вырабатывать кофеин именно благодаря тандем-дупликациям. Интересно, что кофе и гардения происходят от одного предка и, возможно, на их развитие повлияли одни и те же мутации в прошлом.

Подобные исследования не только проливают свет на особенности растений, но и дают почву для прикладных разработок. Выяснив, что обеспечивает синтез тех или иных соединений в растении, люди получат доступ к более доступному сырью для фармакологических препаратов.